Плотины из грунтовых материалов

Грунтовые плотины - самый древний тип искусственных под­порных сооружений. В Египте, Индии, Перу и других странах про­стейшие грунтовые плотины строились за несколько тысяч лет до нашей эры. В России в документах XIII в. о грунтовых плотинах упоминается как об обычных распространенных сооружениях. Су­ществующая и поныне Змеиногорская плотина высотой 18 м, по­строенная в 1780 г. Фроловым К. Д., говорит о высоком совершен­стве строительства подобных сооружений в XVIII в.

В XIX в. в качестве материала для тела плотин получили распространение не только мелкозернистые грунты, но и применяли отсыпку или наброску предварительно разрыхленного взрывным способом скального грунта. Высота грунтовых плотин дости­гала 50 м.

В XX в. грунтовые плотины получили наибольшее распростране­ние, особенно в 50-60 - х годах. Высота некоторых плотин достигла в настоящее время 300 м, объемы грунта ~ 130 млн. м3. Грунтовые плотины - наиболее распространенный тип плотин, что объясня­ется бурным развитием техники ведения земельно-скальных работ, возможностью полной механизации всего технологического про­цесса по возведению плотины от разработки грунта в карьере до укладки его в тело плотины, широким разнообразием конструкций плотин, которые позволяют использовать для тела плотины прак­тически любые грунты, находящиеся вблизи створа. Кроме того, грунтовые плотины предъявляют меньшие требования к деформи­руемости основания, чем плотины других типов. Их строят даже на очень слабых илистых основаниях.

Грунтовые плотины можно классифицировать по используемым, материалам на земляные, в которых основной объем тела плотины (более 50%) выполняется из мелкозернистых глинистых, песчаных или песчано-гравелистых грунтов; каменно-земляные, в которых основной объем тела плотины выполняется из крупнозернистых гравийно-галечниковых грунтов или горной массы скального (иногда полускального) грунта, а противофильтрационное устройство вы­полняется из мелкозернистого грунта; каменные, в которых основ­ное тело плотины, как и в случае каменно-земляных плотин, вы­полняется из крупнозернистого материала, а противофильтрацион­ное устройство, если оно требуется, из негрунтовых материалов.

Все эти плотины имеют трапециевидное поперечное сечение с прямолинейным или ломаным очертанием верхового и низового откосов. Тангенс угла наклона откоса к горизонту называется ук­лоном откоса  а  - заложение откоса.

Самая верхняя кромка откоса называется его бровкой, а ниж­няя - подошвой откоса.

Горизонтальные или слабонаклонные участки поверхности отко­сов называют бермами.

По конструкции плотины делят на однородные (рнк. Б.1, а), возводимые без специальных противофильтрационных элементов, и неоднородные (рис. Б.1, б, в, г, д, е), тело которых состоит из двух или нескольких видов грунтов. Неоднородные плотины в свою оче­редь делятся по расположению противофильтрационного грунтового устройства на плотины с центральным ядром (рис. Б.1, б), когда противофильтрационное устройство из мелкозернистого грун­та располагается строго по оси плотины; с наклонным ядром (рис. Б.1, в), когда низовая грань противофильтрационного устройства наклонена к горизонту  под   острым   углом , но угол наклона

 Рис. Б.1 Типы плотин:
1 - гребень плотины; 2 - низовой откос; 3 - берма; 4 - дренажная призма; 5 - грунто­вая призма; 6 - подошва плотины; 7 - верховой откос; 8 - крепление верхового откоса; 9 - верховая упорная призма; 10- ядро;  11 - переходные зоны; 12 - низовая упорная призма; 13 - грунтовый экран; 14 - понур; 15 - пригрузка; 16 - подготовка под негрун­товым экраном; 17 - негрунтовый экран; 18 - диафрагма

больше угла естественного откоса крупнозернистого грунта; с эк­раном, когда р меньше или равно углу естественного откоса круп­нозернистого грунта (рис. Б.1, г).

Если противофильтрационное устройство выполняется из негрунтового материала (бетон, асфальтобетон, сталь, дерево и т. д.), то по его положению в теле плотины различают экран (рис. Б.1, д)расположенный со стороны верхового откоса, и диафрагму (рис. Б.1, е), расположенную по оси плотины.

По методам производства работ плотины бывают насыпные, намывные, набросные, взрывонабросные, из сухой кладки камни. Мо­гут иметь место и комбинации видов производства работ по плотине.

Насыпные плотины различают:    с механическим   уплотнением грунта, возводимые послойной отсыпкой с укаткой или трамбова­нием слоев; возводимые отсыпкой грунта в воду без механического уплотнения; отсыпкой    большими  слоями (10-50 м) насухо   или  с уплотнением струей воды из гидромонитора.

По высоте плотины иногда подразделяют на низкие, высотой менее 30 м; средние (30<Н<:75 м); высокие (75<Н<125 м),  сверхвысокие (Н> 125 м).

Грунтовые плотины подразделяют и по условиям пропуска стро­ительных и эксплуатационных расходов воды на глухие, фильтру­ющие и переливные.

Глухие грунтовые плотины - это такие пло­тины, фильтрационный расход через которые мал в сравнении со строительными и эксплуатационными водосбросными расходами. Водосбросные сооружения при этом могут быть береговыми или пересекать тело плотины в виде галерей. Фильтрующие - это пло­тины, фильтрационные расход через которые соизмерим с расхо­дами воды, подлежащими сбросу через водосбросные сооружения. Этот тип плотин может выполняться из камня (горной массы) без специальных противофильтрационных устройств.

Переливные плотины - плотины, на гребне и откосах которых располагаются безнапорные водосбросные сооружения для про­пуска строительных или эксплуатационных расходов.

При проектировании грунтовых плотин важно знать свойства применяемого материала. Грунты обладают очень разнообразными и часто весьма специфическими свойствами, которые подробно рассматриваются в курсе «Механика грунтов». В настоящей главе обращается внимание на те основные свойства различных грунтов, которые учитывают при проектировании грунтовых пло­тин или которые по тем или иным причинам не рассмотрены в учебных пособиях по механике грунтов, но необходимы при проектировании.